DE102008048858A1

DE102008048858A1 - Bioclip

Info

Publication number: DE102008048858A1
Application number: DE200810048858
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. Meyrahn; Klaus Hein
Original assignee: Poly Clip System GmbH and Co KG
Current assignee: Poly Clip System GmbH and Co KG
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08
Also published as: BRPI0903928A2; US20100077570A1; EP2168887B1; ES2391434T3; EP2168887A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschlussklammer zum Verschließen von schlauch- oder beutelartigem, Verpackungsmaterial mit zwei identischen, eine Klammerebene aufspannenden und durch einen Verbindungsabschnitt verbundenen Schenkeln, wobei die Verschlussklammer aus einem Kunststoff besteht und durch einen Kaltumform-Prozess verschließbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Werkstoff für eine solche Verschlussklammer sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschlussklammer zum Verschließen von schlauch- oder beutelartigem Verpackungsmaterial. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Werkstoff für die Verschlussklammer sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Verschlussklammer zum Verschließen von schlauch- oder beutelartigem Verpackungsmaterial mit zwei identischen, eine Klammerebene aufspannenden und durch einen Verbindungsabschnitt verbundenen Schenkeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Werkstoff für diese Verschlussklammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Verschlussklammer entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
In der Praxis ist es bekannt, dass bei der Herstellung von beispielsweise Wurstprodukten das Wurstbrät von einer Füllmaschine über ein Füllrohr einer Clipmaschine zugeführt wird. In der Clipmaschine wird das Füllgut in ein durch eine erste Verschlussklammer bzw. einen ersten Clip einseitig verschlossenes, erste Verschlussklammer bzw. einen ersten Clip einseitig verschlossenes, schlauchförmiges Verpackungshüllenmaterial abgefüllt und das schlauchförmige Verpackungshüllenmaterial durch Setzen eines zweiten Clips verschlossen. Die Verschließwerkzeuge umfassen dabei paarweise jeweils einen Stempel und eine Matrize, zwischen welchen der Clip während des Verschließens bis zum Erreichen des minimalen Abstandes der Verschließwerkzeuge umgeformt wird. Nach dem Verschließen werden die Verschließwerkzeuge in ihre Ausgangs- oder Öffnungsstellung zurückbewegt. Anschließend wird das Verpackungshüllenmaterial des nun entstandenen Wurstprodukts von dem Vorrat des übrigen Verpackungshüllenmaterials abgetrennt und das so fertiggestellte Wurstprodukt aus der Clipmaschine ausgetragen.
An die Qualität eines solchen Verschlusses werden hohe Anforderungen gestellt. Einerseits darf er nicht so fest sein, dass die Verpackungshülle beim Verschließen beschädigt wird. Andererseits muss der Verschluss aber ausreichend fest und dicht sein, so dass beispielsweise bei einem nachfolgenden weiteren Bearbeitungsschritt des verschlossenen Wurstprodukts, wie beispielsweise ein Garen, Räuchern usw. dieser nicht von dem Verpackungshüllenmaterial abrutscht und/oder Wurstbrät aus dem Verpackungshüllenmaterial austritt. Verschlussclips wurden daher bisher üblicherweise aus Metall gefertigt. Neben diesen Anforderungen an die Verschlusssicherheit wird aber zunehmend auch auf die Umweltverträglichkeit, wie die Recyclingfähigkeit oder die Verrottbarkeit der verwendeten Materialien, geachtet.
Derartige Verschlussklammern sind beispielsweise aus der DE-Offenlegungsschrift 31 48 757 bekannt. Diese Verschlussklammern bzw. Clips werden aus einem Metallstrang, z. B. aus Aluminium, gefertigt, U-förmig vorgebogen und mittels in Form von abgekröpften Schenkelenden gebildeten Verbindungsstege, als Clipstrang zusammenhängend einem ersten Verschließwerkzeug der Clipmaschine, wie z. B. der Matrize, zugeführt. Metall als Werkstoff bietet die nötigen Festigkeitseigenschaften, zu einer ordnungsgemäßen Entsorgung müssten Metallklammern jedoch von der Verpackungshülle getrennt entsorgt werden. Ein weiterer Nachteil sind die beim Verschließen der Metallclips notwendigen hohen Verschlusskräfte, die einen erhöhten Energieaufwand und starken Verschleiß zur Folge haben.
Die in der DE-Offenlegungsschrift 201 17 733 offenbarten Verschlussklammern sind aus einem federelastischen Kunststoff gefertigt. Zum Aufrechterhalten einer Verschlusskraft weisen die als Klemmfinger und Klemmnut ausgestalteten Schenkel dieser Verschlussklammern außen- bzw. innenliegende Rast- und Gegenrastelemente auf, die sich beim Verschließen der Verschlussklammern ineinander verhaken, wenn der Klemmfinger in die Klemmnut eingreift. Diese bekannte Kunststoff-Verschlussklammer ist durch ihren speziellen Verschluss nicht auf herkömmlichen Clipmaschinen verwendbar, da spezielle Führungsvorrichtungen vorgesehen werden müssen, um einen korrekten Eingriff des Klemmfingers in die Klemmnut zu erreichen. Da es sich um einen federelastischen Kunststoff handelt, wird hier erst durch die Verrastung ein sicherer Verschluss gewährleistet.
Weiterhin ist aus der DE 601 06 596 bekannt, bestimmte Bauteile, wie Griffe, Verschlussteile u. ä., aus Kunststoffen herzustellen. Diese Kunststoffe sind Gemische aus Polyestern und biologisch abbaubaren Zusätzen, wie Cellulose oder Stärke. Vor allem faserige Zusätze verbessern hier die Festigkeit dieser Gemische. Zur Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit werden diese Zusätze in hohen Anteilen von bis zu 95% zugegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden und eine Verschlussklammer zur Verfügung zu stellen, die leichter zu verarbeiten ist und besser zu entsorgen ist.
Die vorliegende Aufgabe wird bezüglich der Verschlussklammer bzw. des Clips durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, die aus einem Material entsprechend dem Anspruch 11 besteht und die durch das Verfahren entsprechend dem Anspruch 21 hergestellt wird. In den sich jeweils anschließenden Unteransprüchen finden sich entsprechende vorteilhafte Ausführungen.
Insbesondere wird eine Verschlussklammer zum Verschließen von schlauch- oder beutelartigem Verpackungsmaterial mit zwei identischen, eine Klammerebene aufspannenden und durch einen Verbindungsabschnitt verbundenen Schenkeln vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Verschlussklammer besteht dabei aus einem Kunststoff und ist durch einen Kaltumform-Prozess verschließbar.
Durch die Verwendung von Kunststoff können die zum Verschließen der Verschlussklammer bzw. des Clips notwendigen Kräfte gegenüber Metallklammern deutlich verringert werden. Weiterhin erlaubt die Kaltumformbarkeit der erfindungsgemäßen Verschlussklammer bei entsprechender Ausgestaltung eine Verarbeitung auf bestehenden Clipmaschinen. Es ist daher prinzipiell möglich, sowohl s. g. R-Clips, also als Clipstrang an abgekröpften Enden miteinander verbundene Verschlussklammern oder Clips, als auch s. g. S-Clips, U-förmige, als Clipstange deckungsgleich aneinandergereihte Clips, zu verarbeiten.
In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Verschlussklammer bzw. des Clips ist vorgesehen, dass der Kunststoff biologisch verrottbar ist. Dadurch müssen die Clips bei der Verwendung von z. B. Naturdärmen als Wursthülle nicht von diesen getrennt entsorgt werden.
Zur Gewährleistung der Verrottbarkeit ist dem Kunststoff ein Verrottungsbeschleuniger beigemischt, der den Verrottungsvorgang unter bestimmten Umgebungsbedingungen startet und aufrechterhält. Die Verrottungsgeschwindigkeit von Kunststoffen ist bei Verwendung eines solchen Verrottungsbeschleunigers deutlich höher als bei einer natürlichen Verrottung, wenn diese denn überhaupt stattfindet.
In einer weiterhin vorteilhaften Ausführung ist die Verrottungsgeschwindigkeit einstellbar. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, bspw. durch die Verwendung verschiedener Arten von Verrottungsbeschleunigern und/oder deren Menge. Es ist bevorzugt, dass nur ein Verrottungsbeschleuniger verwendet wird und dass die Verrottungsgeschwindigkeit über die Höhe des Anteils an Verrottungsbeschleuniger einstellbar ist. Die Verwendung nur eines Verrottungsbeschleunigers erleichtert den Herstellungsprozess und senkt Herstellungskosten.
Dabei ist der Verrottungsbeschleuniger vorzugsweise ein Pro-Oxidant. Es können aber auch andere geeignete Verrottungsbeschleuniger zum Einsatz kommen.
Es hat sich gezeigt, dass der Anteil des Verrottungsbeschleunigers vorteilhaft in einem Bereich zwischen 0,1% und 30% liegt, vorzugsweise zwischen 1% und 10%, wobei ein Bereich zwischen 1% und 4% als besonders bevorzugt angesehen wird. Da ein geringer Anteil an Verrottungsbeschleuniger ausreicht, um eine ausreichend hohe Verrottungsgeschwindigkeit zu erreichen, werden hierdurch die mechanischen Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs nicht nennenswert beeinflusst.
Als geeigneter Kunststoff hat sich Polycarbonat herausgestellt. Er ist gut kalt verformbar und besitzt ausreichend gute mechanischen Eigenschaften. Alternativ können aber auch andere Thermoplaste, wie z. B. Polyolefine, insb. Polypropylen aber auch Polyethylen verwendet werden. Bei der Wahl eines geeigneten Kunststoffs sollte darauf geachtet werden, dass dieser nicht spröde, sondern schlagzäh ist, um Rissbildung oder Zerspringen beim Verschließvorgang zu vermeiden.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Clips erfolgt derart, dass einem Extruder zunächst ein Granulat des Kunststoffs zugeführt wird, aus dem dann ein Materialstrang extrudiert wird. Hierfür können herkömmliche Extruder verwendet werden. Dem Granulat wird vor dem Extrudiervorgang eine entsprechende Menge an Verrottungsbeschleuniger zugesetzt. Der extrudierte Materialstrang wird dann im noch warmen Zustand, vorzugsweise knapp oberhalb der Glasübergangstemperatur, zu einem Clipstrang geformt und anschließend abgekühlt.
Der Herstellungsprozess der erfindungsgemäßen Clips wird beispielhaft an der einzigen Zeichnungsfigur 1 erläutert, die eine schematische Darstellung einer Herstellungsvorrichtung zeigt.
Wie der 1 entnommen werden kann, weist die Herstellvorrichtung 10 einen Extruder 20 auf, dem eine Umformeinrichtung 30 sowie eine Abkühleinheit 40 nachgeschaltet sind.
Der Extruder 20 besitzt u. a. eine Zuführung für das Kunststoffgranulat A in Form eines schematisch angedeuteten Trichters 22 sowie ein Extrusionswerkzeug, das als Düse 24 ausgebildet ist. In Herstellrichtung H, d. h. in 1 von links nach rechts, ist dem Extruder 20 ein Umformwerkzeug 30 nachgeschaltet, das dem aus dem Extruder austretenden Materialstrang seine entgültige Form gibt.
Zwischen der Düse 24 und dem Umformwerkzeug 30 kann sich vorteilhaft eine in 1 nicht dargestellte Abkühleinrichtung für den aus der Düse 24 austretenden Schmelzstrang befinden, die diesen in den gummielastischen Bereich abkühlt.
Während des Umformvorgangs im Umformwerkzeug 30 wird der Materialstrang weiter abgekühlt, und zwar mindestens unter die Glasübergangstemperatur des Kunststoffs.
Dem Umformwerkzeug 30 schließt sich in Herstellrichtung H eine Abkühlvorrichtung 40 an, die den von dem Umformwerkzeug 30 abgegebenen und noch warmen Materialstrang soweit abkühlt, dass er problemlos weiterverarbeitet oder transportiert werden kann.
Zur Herstellung eines Clipstrangs aus den erfindungsgemäßen Clips wird der zu verwendende Kunststoff, hier z. B. Polycarbonat, als Granulat über den Trichter 22 in den an sich bekannten Extruder 20 eingefüllt. Zuvor wird dem Granulat eine bestimmte Menge eines Verrottungsbeschleunigers zugesetzt.
Im Extruder 20, der bspw. ein Schneckenextruder sein kann, werden das Granulat A und der Verrottungsbeschleuniger weiter gemischt, durch Reibung und/oder eine Heizung aufgeschmolzen und verdichtet. Am in 1 rechten Ende des Extruders 20 ist schematisch ein Extrudierwerkzeug in Form einer Düse 24 dargestellt. Durch die Düse 24 wird die i. d. R. zähflüssige Schmelze aus dem Extruder 20 heraus gepresst. Der Querschnitt der Düse 24 gibt dabei den Strangquerschnitt vor. Der aus der Düse 24 austretende Materialstrang B kann bereits seine endgültigen Querschnitt besitzen. Vorliegend kann dies ein annähernd rechteckiger Querschnitt sein. Eine Nachbearbeitung wegen eventueller Grate o. ä. ist daher nicht notwendig.
Die Temperatur des aus der Düse 24 austretenden Materialstrangs B liegt oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg, die für Polycarbonat ca. Tg = 145°C beträgt. Der daher noch immer leicht formbare Materialstrang B wird einer Umformeinrichtung, wie einer Presse, zugeführt.
In der Umformeinrichtung oder Presse 30, die bspw. Stempel und Matrizen enthalten kann, wird der Materialstrang B durch einen entsprechenden Umformprozess in den annähernd wellenförmigen Clipstrang C umgeformt und abgekühlt. Die Presse 30 kann dabei intermittierend oder auch kontinuierlich arbeiten.
Der aus der Presse 30 austretende, quasi endlose Clipstrang C hat die entgültige Form von an ihren gekröpften Enden aneinanderhängenden Clips. Da er noch immer eine sehr hohe Temperatur aufweist, wird er um unerwünschte bleibende Verformungen zu vermeiden, einer Kühleinrichtung 40 zugeführt. Diese an sich bekannten Kühleinrichtungen können elektrisch, also mit entsprechenden Kühlelementen arbeiten. Da aber bei Kunststoffen keine Korrosionsgefahr besteht, kann die Kühlanlage 40 im einfachsten Fall mit Wasser als Kühlmittel betrieben werden.
Der fertiggestellte Clipstrang C kann direkt nach Verlassen der Kühleinrichtung auf eine entsprechende Speicherspule aufgewickelt werden. Wird dem Aufwickeln ein Sterilisationsvorgang vorgeschaltet, kann die Speicherspule direkt zur Weiterverarbeitung geschickt werden.
Der auf diese Weise hergestellte Clip aus z. B. Polycarbonat besitzt einem Metallclip vergleichbare Festigkeitseigenschaften. Zudem ist er gut kaltverformbar. Dadurch können die erfindungsgemäßen Clips auf bekannten Clipmaschinen verarbeitet werden.
Der Verrottungszusatz ist bei der Verarbeitung kurzzeitig bis zu einer Temperatur von ca. 290°C stabil. Die Glasübergangstemperatur von Polycarbonat beträgt ca. 145°C, darunter ist Polycarbonat fest. Hierdurch sind fast alle denkbaren Nachbehandlungen der Verpackungen, bei denen der erfindungsgemäße Clip eingesetzt wird, wie bspw. von Wurstprodukten, die häufig gekocht oder geräuchert werden und bei Temperaturen bis ca. 100°C stattfinden, problemlos möglich.
Da zu seiner Umformung aber ein deutlich geringerer Kraftaufwand nötig ist, können z. B. Clipmaschinen zur Wurstherstellung bei Verwendung des erfindungsgemäßen Kunststoffclips mit weniger Druck arbeiten. Hierdurch wir zusätzlich Energie eingespart und der Verschleiß der Clipmaschinen reduziert.
Versuche haben gezeigt, dass bereits ein geringer Anteil von nur 1–2% an Verrottungsbeschleuniger zu akzeptablen Verrottungszeiten führt. Die Erhöhung dieses Anteils bringt eine annähernd hierzu lineare Verkürzung der Verrottungszeit. Beträgt die Verrottungszeit bei 1–2% Verrottungsbeschleunigeranteil ca. 10 Jahre, so halbiert sich diese Zeit unter gleichen Bedingungen bei doppeltem Anteil an Verrottungsbeschleuniger.
Der Verrottungsbeschleuniger enthält unter anderem s. g. Pro-Oxidanten, bspw. Mn-basierende Pro-Oxidanten, die die langkettigen Polymere des verwendeten Kunststoffs aufspalten. Es kommt so zu einem abiotischen Abbau, oder Oxo-Abbau, bei dem die langkettigen Moleküle bis zu einer Kettenlänge aufgespaltet werden, die einen mikrobiotischen Abbau ermöglicht.
Bei dieser Art der Verrottung werden also die Polymere abgebaut und nicht nur verrottbare oder biologisch abbaubare Zusätze.
Für diese Art der Verrottung eignet sich nicht nur das bereits erwähnte Polycarbonat, sondern auch andere Kunststoffe, wie Polyethylen.
Die aus diesen Materialien hergestellten Clips müssen nicht mehr getrennt von der Wursthülle entsorgt werden, sondern können, wenn die Wursthülle ein Naturdarm ist oder aus ein anderen ebenfalls biologisch abbaubaren Material besteht, zusammen mit dieser entsorgt werden. Hierdurch können Entsorgungskosten gesenkt werden. Außerdem wird ein Beitrag zum Umweltschutz geleistet.
Der vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Kunststoff kann selbstverständlich auch für andere Produkte als die vorstehend genannten Kunststoffclips eingesetzt werden.
Da er ausreichend gute mechanische Eigenschaften besitzt, können auch andere höher belastete Bauteile aus ihm gefertigt werden, die nur eine begrenzte Lebensdauer ertragen müssen, wie z. B. Schlaufen oder Haken. Wegen seiner guten Verrottungseigenschaften eignet sich der erfindungsgemäße Kunststoff besonders gut für alle Einweganwendungen.
Eine vorzeitige Verrottung ist im Übrigen nicht zu befürchten, da zur Auslösung des Verrottungsvorgangs bestimmte Umgebungsbedingungen herrschen müssen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3148757 A [0005]
- DE 20117733 A [0006]
- DE 60106596 [0007]

Claims

Verschlussklammer zum Verschließen von schlauch- oder beutelartigem Verpackungsmaterial mit zwei identischen, eine Klammerebene aufspannenden und durch einen Verbindungsabschnitt verbundenen Schenkeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussklammer aus einem Kunststoff besteht und durch einen Kaltumform-Prozess verschließbar ist.
Verschlussklammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff biologisch verrottbar ist.
Verschlussklammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff ein Verrottungsbeschleuniger beigemischt ist.
Verschlussklammer nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrottungsgeschwindigkeit einstellbar ist.
Verschlussklammer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrottungsgeschwindigkeit über die Höhe des Anteils an Verrottungsbeschleuniger einstellbar ist.
Verschlussklammer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verrottungsbeschleuniger ein Pro-Oxidant ist.
Verschlussklammer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Verrottungsbeschleunigers in einem Bereich zwischen 0,1% und 30% liegt, vorzugsweise zwischen 1% und 10%, wobei ein Bereich zwischen 1% und 4% als besonders bevorzugt angesehen wird.
Verschlussklammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff ist.
Verschlussklammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Polycarbonat ist.
Verschlussklammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyolefin, z. B. ein Polypropylen oder ein Polyethylen ist.
Werkstoff für eine Verschlussklammer zum Verschließen von schlauch- oder beutelartigem Verpackungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein durch einen Kaltumform-Prozess umformbarer Kunststoff ist.
Werkstoff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff biologisch verrottbar ist.
Werkstoff nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff ein Verrottungsbeschleuniger beigemischt ist.
Werkstoff nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrottungsgeschwindigkeit einstellbar ist.
Werkstoff nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrottungsgeschwindigkeit über die Höhe des Anteils an Verrottungsbeschleuniger einstellbar ist.
Werkstoff nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verrottungsbeschleuniger ein Pro-Oxidant ist.
Werkstoff nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Verrottungsbeschleunigers in einem Bereich zwischen 0,1% und 30% liegt, vorzugsweise zwischen 1% und 10%, wobei ein Bereich zwischen 1% und 4% als besonders bevorzugt angesehen wird.
Werkstoff nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff ist.
Werkstoff nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Polycarbonat ist.
Werkstoff nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyolefin, z. B. ein Polypropylen oder ein Polyethylen ist.
Verfahren zum Herstellen kaltumformbarer Verschlussklammern aus Kunststoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte – Zuführen eines Kunststoffgranulats in einen Extruder – Extrudieren eines Materialstrangs – Umformen des Materialstrangs zu einem Strang aus aneinanderhängenden Verschlussklammern
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoffgranulat ein Verrottungsbeschleuniger beigemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Verrottungsbeschleunigers in einem Bereich zwischen 0,1% und 30% liegt, vorzugsweise zwischen 1% und 10%, wobei ein Bereich zwischen 1% und 4% als besonders bevorzugt angesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Polycarbonat ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyolefin, z. B. ein Polypropylen oder ein Polyethylen ist.